201 - Internet des objets et technologies au service de la santé et du maintien à domicile

L’industrie 4.0 définit une interaction entre les systèmes cyberphysiques et génère des données massives, souvent difficile à gérer et à analyser. Dans une perspective d’acquisition des données, l’internet des objets a favorisé l’inclusion des sous-systèmes ainsi que leurs analyses en temps-réel. La manière dont le réseau est maillé, dont l’interaction est mise en œuvre et dont les données sont analysées deviennent deux problématiques connus en cybernétique. Afin de résoudre ce problème, les objets peuvent devenir intelligent et partager leurs expériences de manière à identifier, différentier ou classifier des événements qui pourraient réduire la performance et augmenter les coûts. L’humain, comme travailleur, peut aussi être interprété comme un système mesurable s’insérant dans l’internet des objets. Nous proposons une solution inclusive pour le concept de l’industrie 5.0 composée d’un système interactif avec une intelligence décentralisée sur chaque objet et centralisée sur un nuage favorisant l’optimisation des rendements tout en réduisant les données massives générées via l’acquisition des mesures des états de chaque objet. L’objectif de cette solution est orienté vers l’analyse des comportements anormaux dans un processus de compréhension afin d’apporter des solutions efficaces dans un système centralisé. Par conséquent, l’interaction entre les objets connectés doit être définie de manière à développer des modèles embarqués communiquant et apprenant entre eux.

Les technologies ont évolué à vitesse "grand V" dans la dernière décennie et le domaine des télécommunications en a grandement profité. Les manufacturiers de composantes électroniques ont développé plusieurs familles de circuits intégrés combinant un microprocesseur, une radio très compacte, peu énergivore et disponible à faibles couts. Nous voyons principalement ce type de technologies sous forme de capteur porté et relié par Bluetooth à un téléphone intelligent, dans le domaine du sport. C’est l’avènement de l’IoT ou Internet des Objets (Internet of Things).

L’objectif de base de l’IoT est de rendre accessible un objet sur le Web en inscrivant simplement son adresse IP à partir de n’importe quel type de navigateur. Actuellement l’adressage se réalise normalement en IPv4 (4,3 milliards d’adresses). Un système de redirection (routeur) est cependant nécessaire dans la majorité des cas, car il n’y a plus assez d’adresse disponible. La solution est l’utilisation du IPv6 qui possède un nombre presque infini d’adresses. Chaque objet aurait ainsi la possibilité d’avoir son adresse IPv6 unique. Vu la vitesse avec laquelle se déploie le support de l’adressage IPv6 dans les nouveaux systèmes de communication nous pouvons dire mission accomplie. L’IoT existe maintenant dans sa forme idéale. Il ne reste qu’à relier ces objets sur les grands réseaux de communications (téléphonie cellulaire, fibre optique, câble, ligne téléphonique, etc …).

Que ce soit en recherche fondamentale en santé ou pour le développement de systèmes d’assistance robotique fiables, la composante humaine caractérisée par sa variabilité inter- et intra individu est l’élément central qui rend ces domaines de recherche aussi complexe que passionnant. En effet, la recherche de la vérité en recherche fondamentale nécessite l’emploie de méthodologies basées sur l’acquisition de grandes quantités de données sur différents groupes de sujets dans des environnements contrôlés. Bien souvent, cet environnement de test en laboratoire est trop éloigné de l’environnement quotidien des patients qui détient des éléments de réponses essentiels. Dans le cas de la conception d’interfaces homme-machine, la traduction des réponses physiologique en commande d’appareils d’assistance (bras robotisé, prothèses, etc…) passe par l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage machine (machine-learning) dont les performances sont dépendantes de la qualité et de la quantité des biosignaux extraits. Alors que ce soit en recherche fondamentale ou pour le développement de systèmes d’assistance robotique, nous verrons comment l’internet des objets peut être employé pour révolutionner ces domaines en fournissant une meilleure adaptabilité à la composante humaine. Pour cela, l’étude des douleurs lombaires chroniques et la commande d’un bras robotisé à partir des signaux d’activité musculaire seront pris comme exemples

Dans le scénario de maison intelligente, des étiquettes d’identification par radiofréquence (RFID), des capteurs, des systèmes de localisation et des algorithmes décisionnels sont combinés pour réaliser diverses fonctionnalités. La maison intelligente va au-delà du stéréotype d'un propriétaire qui peut vérifier sa maison sur téléphone intelligent et vérifier l'état des dispositifs tels que l'alarme de sécurité ou le système de chauffage. Les appareils de soins portables et sans contact peuvent surveiller la tension artérielle résiduelle, la fréquence cardiaque et d'autres paramètres (posture, activité, ECG, respiration ...) et transmettre les données au résident pour auto-utilisation ou le cas échéant aux médecins/personnel d'urgence. Les étiquettes RFID seront attachées aux articles consommables et les machines ménagères) seront équipées d'un lecteur RFID. Ces systèmes vont collaborer pour améliorer et faciliter la vie quotidienne des occupants. Les structures, les  murs, les fenêtres…etc seront équipés de divers capteurs pour gérer la maintenance. Ces futures applications sans fil seront appelées à fonctionner dans les bandes millimétriques due à la congestion grandissante du spectre électromagnétique. Dans cette présentation, les grands potentiels et les perspectives passionnantes des systèmes sans fils à onde millimétrique ainsi que leurs défis technologiques en termes de sécurité, de mise en réseau, de production de masse et de problèmes de déploiement seront discutés."

La microfluidique est un axe de recherche en pleine émergence. Elle consiste en la manipulation des liquides à l’échelle microscopique. Nous nous intéressons plus particulièrement aux biocapteurs intégrant la microfluidique et la microélectronique avec une conception modulaire et plus généralement aux laboratoires sur puces (LoC) modulaires. L’avantage de l’approche modulaire est que chaque module est entièrement autonome de son environnement et peut être reconfiguré pour d’autres applications. De plus, grâce aux récentes avancées dans la micro fabrication pour la microfluidique et la microélectronique, de nouvelles générations de biocapteurs ont pu voir le jour.

Ce nouvel axe de recherche présente particulièrement un intérêt pour la neuroscience et encore plus particulièrement pour la neurotechnologie. En effet, la compréhension du comportement du cerveau et la cartographie de ce dernier sont les nouveaux défis du 21^e siècle pour proposer de nouvelles thérapies pour les maladies neurodégénératives et les troubles du cerveau. D’un autre côté, les neurotransmetteurs sont les clés des maladies neurodégénératives parce qu’ils contrôlent l’activation et la désactivation des canaux ioniques dans les terminaisons neuronales. La microfluidique peut offrir de nouvelles avenues pour la neuroscience parce qu’elle permet la détection et la manipulation des fluides. Ceci implique en neuroscience la détection des neurotransmetteurs et la modulation de leur concentration.

Dans l’économie numérique du 21e siècle, le sans-fil a récemment évolué en dehors du secteur traditionnel des TIC pour devenir l’un des facteurs clés de développement de nouvelles applications intelligentes de cette technologie dans tous les domaines de la vie tels que le transport, la sécurité, la santé, l’énergie, l’urbanisme, les infrastructures, etc. Cette transformation cruciale promet entre autres d’innombrables opportunités d’affaires, une plus grande responsabilisation de l’individu, une gouvernance plus responsable, et un développement plus durable, etc. Cette présentation passera d’abord en revue les nouveaux défis technologiques, les nouvelles problématiques d’intégration spécifiques aux applications et les nouveaux requis en formation à la recherche posés par ce changement de paradigme vibrant du secteur des TIC. Cette brève revue sera articulée selon la perspective du programme de formation à la recherche PERSWADE (« Pervasive and Smart Wireless Applications for the Digital Economy »), le premier du genre au Québec et au Canada. La seconde partie de cette présentation exposera les nouvelles technologies sans-fil 5G et IoT comme facteurs clés de développement des villes et communautés intelligentes à l’ère de la 4^e révolution industrielle. Elle présentera ensuite les nouvelles initiatives en R&D envisagées sur 5G et IoT, qui visent à responsabiliser des citoyens et des communautés engagés dans de nouveaux mondes de sociétés numériques et d’économies durables.